SE446414B

SE446414B - MECHANICAL-ELECTRICAL CONVERTER FOR SEATING PRESSURE

Info

Publication number: SE446414B
Application number: SE8100569A
Authority: SE
Inventors: W Herden
Original assignee: Bosch Gmbh Robert
Priority date: 1980-04-10
Filing date: 1981-01-28
Publication date: 1986-09-08
Also published as: US4352085A; FR2480432A1; ES501207A0; IT8120910A0; GB2073888B; GB2073888A; SE8100569L; DE3013857C2; FR2480432B3; DE3013857A1; IT1138253B; JPS56155824A; ES8204173A1

Description

446 414 k) I husets 1 inre, innanför en i husets ände centralt upptagen in- loppsborrning 6, är anordnad en låg cylindrisk permanentmagnet 7, som består av en kobolt-sällsynt-jordart-förening. Denna övre permanentmagnet 7 är anordnad med ringa axiellt avstånd mitt emot en likaledes i tryckomvandlarens längdaxel 8 anordnad andra perma- nentmagnet 9, vilken liksom magneten 7 är tillverkad av CoSm. 446 414 k) In the interior of the housing 1, inside an inlet bore 6 centrally occupied at the end of the housing, a low cylindrical permanent magnet 7 is arranged, which consists of a cobalt-rare-earth compound. This upper permanent magnet 7 is arranged with a small axial distance opposite a second permanent magnet 9 likewise arranged in the longitudinal axis of the pressure transducer 8, which like the magnet 7 is made of CoSm.

Båda magneterna 7 och 9 är längsmagnetiserade på sådant sätt, att deras mot varandra vända ändytor har samma polaritet.Both magnets 7 and 9 are longitudinally magnetized in such a way that their facing end surfaces have the same polarity.

Mitt emellan de båda magneterna finns ett Hall-element 10, vilket uppbäres på den från inloppsborrningen 6 vända undersidan av ett vid sin kant i huset 1 inspänt vågmembran 5. När växlande tryck P påverkar membranet 5, rör sig Hall-elementet i längdaxelns rikt- ning enligt pilarna 19. Hall-elementet 10 är enligt en föredragen utföringsform utformat som del av en monolitisk, integrerad halv- ledarkrets (IC), vilken förutom Hall-elementet har en konstant- strömkälla, en förstärkare och en temperaturkompensation. Den inte- grerade kretsen avger en utspänning, som är proportionell mot den på platsen för Hall-elementet rådande magnetiska induktionen och som när så erfordras tillföres en med 11 antydd utvärderingskrets.In the middle between the two magnets there is a Hall element 10, which is supported on the underside facing away from the inlet bore 6 by a wave membrane 5 clamped at its edge in the housing 1. When changing pressure P acts on the membrane 5, the Hall element moves in the longitudinal axis direction. according to the arrows 19. According to a preferred embodiment, the Hall element 10 is designed as part of a monolithic, integrated semiconductor circuit (IC), which in addition to the Hall element has a constant current source, an amplifier and a temperature compensation. The integrated circuit emits an output voltage which is proportional to the magnetic induction prevailing at the location of the Hall element and which, when required, is supplied with an evaluation circuit indicated by 11.

Denna möjliggör exempelvis kalibrering eller balansering och med- ger att nollpunkten och stigningen inställes så, att vid axiell rö- relse hos Hall-elementet 10 genomlöpes ett bestämt linjärt kurv- linjeomrâde. Utvärderingskretsen 11 kan vara utförd som hybrid- krets och är vid det visade utföringsexemplet lagrad i en gummi- elastisk dämpmassa 12 som skydd mot vibrationsinflytande. I stället för Hall-elementet 10 användes hos en föredragen utföringsform en hybridkrets, som uppvisar en Hall-IC med balanseringsmöjlighet så att eventuellt utvärderingskretsen 11 kan undvaras. I stället för halleffektelementet kan alternativt andra magnetfältkänsliga kom- ponenter utnyttjas (fältplatta, permalloy etc.). Den undre, för kompensation utnyttjade permanentmagneten 9 är anhragt på den fria änden av en ställskruv 13, vilken möjliggör axiell justering av magneten 9 och inställning av nollinduktion. Härigenom är det utan vidare möjligt att vid ett maximalt utslag av ca 0,5 mm hos Hall- elementet 10 uppnå ett i det närmaste linjärt samband mellan det på membranet 5 verkande trycket och utspänningen. På undersidan av huset finns tre elektriska anslutningskontakter, av vilka en- dast de båda anslutningskontakterna 14 och 15 visas. Hall-elemen- tet 10 är genom flexibla anslutningsledningar 21 förbundet med 446 414 utvärderingskretsen 11 eller direkt med stickkontaktanslutning- arna 14, 15.This enables, for example, calibration or balancing and allows the zero point and the pitch to be set so that during axial movement of the Hall element 10 a certain linear curve line area is traversed. The evaluation circuit 11 can be designed as a hybrid circuit and is in the embodiment shown stored in a rubber-elastic damping compound 12 as protection against vibration influence. Instead of the Hall element 10, in a preferred embodiment a hybrid circuit is used, which has a Hall IC with balancing possibility so that possibly the evaluation circuit 11 can be dispensed with. Instead of the hall effect element, other magnetic field-sensitive components can alternatively be used (field plate, permalloy, etc.). The lower permanent magnet 9 used for compensation is mounted on the free end of an adjusting screw 13, which enables axial adjustment of the magnet 9 and adjustment of zero induction. As a result, it is readily possible at a maximum deflection of about 0.5 mm of the Hall element 10 to achieve an almost linear relationship between the pressure acting on the diaphragm 5 and the output voltage. On the underside of the housing there are three electrical connection contacts, of which only the two connection contacts 14 and 15 are shown. The hall element 10 is connected via flexible connection lines 21 to the 446 414 evaluation circuit 11 or directly to the socket connections 14, 15.

Den speciella fördelen hos den visade tryckgivaren är att se i följande: O ligger mitt emellan 1. Läget för den magnetiska induktionen B de båda magneterna 7 och 9. 2. Induktionen B = O är lätt mekaniskt justerbar genom förskjut- ning av kompensationsmagneten 9, särskilt när skruven 13 är försedd med fingänga. 3. Utstyrningen kan utgå från B = O, vilket leder till att man håller sig inom det gott linjära området hos Hall-IC-kretsen. 4. Detektering av över- eller undertryck erhålles på enkelt sätt genom B>0 eller B 5. Vid rörelser i närheten av nollinduktion erhålles mycket god liniaritet hos utspänningen i beroende av induktionen. 6. Eftersom ingen grundinduktion föreligger (offset), möjliggö- res hög förstärkning och till följd härav högre noggrannhet. 7. Genom fastsättning av Hall-elementet på membranet kräves ingen mekanisk styrning för Hall-elementet.The special advantage of the pressure sensor shown is to be seen in the following: O is in the middle 1. The position of the magnetic induction B the two magnets 7 and 9. 2. The induction B = O is easily mechanically adjustable by displacing the compensation magnet 9, especially when the screw 13 is provided with a fine thread. 3. The equipment can be based on B = O, which leads to staying within the good linear range of the Hall-IC circuit. 4. Detection of overpressure or negative pressure is obtained in a simple manner by B> 0 or B 5. With movements in the vicinity of zero induction, very good linearity of the output voltage is obtained depending on the induction. 6. Since there is no basic induction (offset), high gain and consequently higher accuracy are enabled. 7. By attaching the Hall element to the membrane, no mechanical control is required for the Hall element.

Fig. 2 visar ett andra utföringsegempel av en tryckomvandlare en- ligt uppfinningen, varvid deïär"med motsvarighet eller samma funk- tion som enligt fig. 1 erhållit samma hänvisningssiffror som i denna. Till skillnad från fig. 1 finns i stället för ett membran en tryckdosa 17.På undersidan av tryckdosan 17 är ett hållarstift- 18 fäst, på vilket Hall-IC-kretsen 10 är anbragt och vid växlande tryck P rör sig uppåt eller nedåt i pilarnas 19 riktning. Den öv- re permanentmagneten 7 är liksom den undre permanentmagneten 9 anordnad orörlig i huset och uppvisar en central genomgående borr- ning 20 för hållarstiftet 18. permanentmagneter- Vid utföringsešemplet enligt figl Ä är* na 7 och 9 samt hallkretsen 10 anordnade orörliga i huset koaxi- ellt med varandra på en tvärs husets längdaxel 8 löpande tväraxel 23. För tryckberoende påverkan av den på platsen för hallkretsen 10 verkande magnetinduktionen finns på undersidan av tryckdosan 17 en kilformig, av mjukt magnetmaterial bestående ledkropp 24, vilken skjuter mer eller mindre djupt in i mellanrummet mellan vv-.q-íï--n-ï --~- - - -- - »: :rwøR-eföuinxfrv 446 414 den vänstra permanentmagneten 7 och hallkretsen 10 och rör sig i dubbelpilens riktning parallellt med tryckomvandlarenslängdaxel 8, när det uppmätta trycket varierar.Fig. 2 shows a second embodiment of a pressure transducer according to the invention, in which case it has with the equivalent or the same function as according to Fig. 1 obtained the same reference numerals as in this one. Unlike Fig. 1, instead of a diaphragm there is a pressure box 17. On the underside of the pressure box 17 a holder pin 18 is attached, on which the Hall-IC circuit 10 is arranged and at alternating pressure P moves upwards or downwards in the direction of the arrows 19. The upper permanent magnet 7 is like the lower one. The permanent magnets 9 are arranged immobile in the housing and have a central through-bore 20 for the retaining pin 18. In the embodiment according to Figs. running transverse axis 23. For pressure-dependent influence of the magnetic induction acting at the location of the hall circuit 10, there is a wedge-shaped hinge body 2 consisting of soft magnetic material on the underside of the pressure box 17. 4, which projects more or less deep into the space between vv-.q-íï - n-ï - ~ - - - - - »:: rwøR-eföuinxfrv 446 414 the left permanent magnet 7 and the hall circuit 10 and moves in the direction of the double arrow parallel to the longitudinal axis 8 of the pressure transducer, when the measured pressure varies.

För utföringsexemplen enligt fig. 2 och 3 gäller samma fördelar som omnämnts i samband med fig. 1.For the exemplary embodiments according to Figs. 2 and 3, the same advantages as mentioned in connection with Fig. 1 apply.

Utföringsexemplen enligt fig. 1 och 2 har speciellt god lineari- tet hos utspänningen som funktion av trycket till följd av det faktum, att endast det på membranet eller membrandosan anbragta hallelementet rör sig.The embodiments according to Figs. 1 and 2 have a particularly good linearity of the output voltage as a function of the pressure due to the fact that only the hall element arranged on the membrane or the membrane box moves.

Fig. 4 visar en föredragen utföringsform av en tryckomvandlare en- Ligt uppfinningen. Liksom vid utföringsexemplen enligt fig. 2 och 3 finns en tryckdosa 17, vilken är anbragt på ett med en längsgå- ende borrning 25 försett gängat stift 26, vilket är inskruvat mer eller mindre djupt i husets 1 botten 27 för justering av tryckdo- san 17 och vilket kan fixeras i justerat läge medelst en låsmutter 28. På insidan av det med stiftet 26 förbundna membranet hos tryck- dosan 17 är den första CoSm-magneten 7 orörligt anbragt. Mitt emot magneten 7 är den andra CoSm-magneten 9 anbragt så, att magneter- na har samma poler vända mot varandra, varjämte magneten 9 är an- bragt på ett i riktningen hos husets 1 axel 8 ställbart gängat stift 29, som är inskruvat i en tvärvägg 30. Mellan de båda mag- neterna 7 och 9 är Hall-elementet 10, hall-IC eller hybridkretsen anordnad och fäst vid tryckdosans 17 mitt på dess från magneten 7 vända membran. I axelns 8 förlängning finns eventuellt en inte- grerad krets 11 för utvärdering av den från Hall-elementet avgiv- na spänningen, varvid kretsen 11 kan vara fäst med hjälp av en dämpmassa 12.Fig. 4 shows a preferred embodiment of a pressure transducer according to the invention. As in the exemplary embodiments according to Figs. 2 and 3, there is a pressure box 17, which is arranged on a threaded pin 26 provided with a longitudinal bore 25, which is screwed more or less deep into the bottom 27 of the housing 1 for adjusting the pressure box 17. and which can be fixed in adjusted position by means of a locking nut 28. On the inside of the membrane of the pressure box 17 connected to the pin 26, the first CoSm magnet 7 is arranged immovably. Opposite the magnet 7, the second CoSm magnet 9 is arranged so that the magnets have the same poles facing each other, and the magnet 9 is arranged on a threaded pin 29 adjustable in the direction of the shaft 8 of the housing 1, which is screwed into a transverse wall 30. Between the two magnets 7 and 9, the Hall element 10, the Hall IC or the hybrid circuit is arranged and attached to the pressure box 17 in the middle of its membrane facing away from the magnet 7. In the extension of the shaft 8 there is possibly an integrated circuit 11 for evaluating the voltage emitted from the Hall element, whereby the circuit 11 can be fastened by means of a damping compound 12.

Utföringsexemplet enligt fig. 4 har följande fördelar: 1. Mycket god linearitet eftersom Hall-elementet 10 rör sig och de båda magneterna 7 och 9 är orörligt anbragta i huset. 2. Användning av en membrandosa är vad avser linearitet och nog- grannhet gynnsammare än ett enkelt membran. 3. Mycket enkel tillverkning.The embodiment according to Fig. 4 has the following advantages: 1. Very good linearity since the Hall element 10 moves and the two magnets 7 and 9 are immovably arranged in the housing. 2. The use of a membrane box is more favorable in terms of linearity and accuracy than a simple membrane. 3. Very simple manufacture.

Fig. 5 visar en ytterligare föredragen utföringsform av tryckom- vandlaren enligt uppfinningen. Liksom i fig. 2, 3 och 4 finns en tryckdosa 17, vars membran rör sig i beroende av det tryck, 13.993 Qïïååïfïïïí -ae-If -m 446 414 som skall mätas. Pâ tryckdosan är en bygel 30 fäst, vilken består av två inbördes förskjutbara vinklar 300, 301. Pâ bygelns 30 skänk- lar är de båda permanentmagneterna 7 och 9 så anordnade, att sam- ma poler hos dessa ligger mitt emot varandra (i det visade utfö- ringsexemplet nordpolerna). Mellan de båda skänklarna hos bygeln 30 och därmed mellan permanentmagneterna 7 och 9 finns Hall-elemen- tet 10, som är orörligt anbragt. Om nu tryckdosans 17 membran brin- gas röra sig genom tryckpåverkan, rör sig de båda därmed förbundna permanentmagneterna 7 och 9 i beroende av trycket. Eftersom båda magneterna 7 och 9 rör sig, blir tryckgivarens utgångskurvazutspän- ning/tryck höggradigt linjär. Genom mekanisk justering av bygoln 30 i förhållande till Hall-elementet 10 kan nollpunkten och genom inbördes förskjutning av vinklarna 300, 301 kan kurvans lutning inställas oberoende av varandra. Nollpunkt och lutning kan eventu- ellt justeras genom upp- eller avmagnetisering av de båda magne- terna 7, 9.Fig. 5 shows a further preferred embodiment of the pressure transducer according to the invention. As in Figs. 2, 3 and 4, there is a pressure box 17, the diaphragm of which moves depending on the pressure, 13,993 Qïïååïfïïïíí -ae-If -m 446 414 to be measured. Attached to the pressure box is a jumper 30, which consists of two mutually displaceable angles 300, 301. On the legs of the jumper 30 the two permanent magnets 7 and 9 are arranged so that the same poles of these lie opposite each other (in the shown the North Pole embodiment). Between the two legs of the jumper 30 and thus between the permanent magnets 7 and 9 is the Hall element 10, which is immovably arranged. If now the membrane of the pressure box 17 is caused to move through the action of pressure, the two permanent magnets 7 and 9 connected thereto move depending on the pressure. As both magnets 7 and 9 move, the output sensor output voltage / pressure of the pressure sensor becomes highly linear. By mechanical adjustment of the buoyancy 30 in relation to the Hall element 10, the zero point and by mutual displacement of the angles 300, 301 the inclination of the curve can be adjusted independently of each other. Zero point and inclination can possibly be adjusted by up- or demagnetization of the two magnets 7, 9.

Utföringsexemplen enligtfig_ 2, 3, 4 och 5 med en vågmembrandosa 17 kan i stället för det enligt dessa figurer avsedda differens- trycket alternativt mäta absoluttrycket om dosan 17 tillslutes. __1§_§öR{ š2ÜAﬂ1T'YlThe exemplary embodiments according to Figs. 2, 3, 4 and 5 with a wave membrane box 17 can instead of the differential pressure intended according to these figures alternatively measure the absolute pressure if the box 17 is closed. __1§_§öR {š2ÜA ﬂ1 T'Yl

Claims

446,414 Patent claims

Mechanical-electrical transducer for measuring pressure, with a membrane (5, 17) loadable by the pressure intended for measurement, with a magnetic field-dependent component, preferably a Hall effect element (10), with a first permanent magnet (7) , whose magnetic field on the output of the component (10) generates an electrical signal varying depending on the pressure, in particular an electrical voltage, and with a second magnet (9), which is arranged on the face facing away from the first magnet (7). side of the magnetic field-dependent component (10), the magnets (7, 9) being mutually immobile during the measurement, characterized in that the magnets (7, 9) have the same poles facing each other, and that the direction of movement of the component (10) is parallel to the axis direction of the magnets (7, 9).

A transducer according to claim 1, characterized in that the component (10) is connected to the diaphragm (5, 17).

Transducer according to Claim 1 or 2, characterized in that the first magnet (7) is immovably arranged in a membrane box (17) (Fig. 4).

A transducer according to claim 1, characterized in that the two magnets (7, 9) are immovably connected to each other and to the diaphragm (17) (Fig. 5).

Converter according to claim 4, characterized in that the two magnets (7, 9) are connected to each other by a bracket (30), which is adjustable at least for changing the mutual distance of the magnets.

A transducer according to claim 1, characterized in that a soft magnetic hinge body (24) is connected to the membrane (5, 17) and projects between the component (10) and one of the two magnets (7, 9) (Fig. 3). ).

Transducer according to one of Claims 1 to 6, characterized in that the characteristics of the pressure transducer with respect to zero point and inclination can be set by defining up or down magnification of the two magnets (7, 9). POOR QUALITY